Dacă un amestec de elemente din a treia sau a cincea grupă a tabelului periodic este adăugat la un cristal de germaniu sau siliciu, atunci un astfel de semiconductor se numește impuritate. Impuritățile pot fi tipuri de donatori și acceptori.
Atomul de impuritate, care creează în banda interzisă un nivel de energie ocupat de electroni într-o stare inexecată și care dă un electron într-o stare excitată benzii de conducere, se numește donator.
Atomul de impuritate, care creează în banda interzisă un nivel de energie liber de electroni în stare inexecată și capabil să captureze un electron din banda de valență la excitație, creând găuri în banda de valență, se numește acceptor.
Luați în considerare formarea de semiconductori de impurități.
Atunci când se face un silicon pre-curățat, germaniu impurității elementului pentavalent - donor (fosfor P, antimoniu Sb, arsenic) atomii de impuritate înlocuiesc atomii de bază în rețeaua cristalină (Figura 1.13, a).
În acest caz, patru din cei cinci electroni de valență ai atomului impurității formează legături covalente cu patru atomi semiconductori învecinați. Al cincilea electron se dovedește a fi redundant (Figura 1.13, b).
Energia de ionizare a atomilor donatori este mult mai mică decât energia de ionizare a semiconductorilor intrinseci. Prin urmare, la temperatura camerei, electronii de impurități în exces sunt excitați și trec în banda de conducere. Atomii impurităților care au pierdut un electron în exces sunt convertite în ioni pozitivi.
Figura 1.13 - Structura și schema de bandă a unui semiconductor cu impuritate donator
Numărul de electroni este ND. care tranzitează sub influența energiei termice în banda de conducere de la nivelul donatorului WD. depășește considerabil numărul de electroni care trec în banda de conducție din banda de valență în timpul generării de perechi de electroni. Prin urmare, putem presupune că concentrația electronilor de conducere este complet determinată de concentrația impurității donatorului nn < Concentrația găurilor din semiconductorul donator este mult mai scăzută decât în semiconductorul intrinsec. În legătură cu aceasta, găurile pn sunt purtătoarele minoritare, iar electronii nn sunt purtătorii principali.
Figura 1.14 - Structura și schema de bandă a unui semiconductor
cu o impuritate acceptoare
Prin urmare, un semiconductor donator este numit un semiconductor cu electroni sau un semiconductor de tip n.
Atunci când impuritățile elementului acceptor trivalent (galiu Ga, indiu In, bor B) sunt adăugate la cromul de germaniu sau siliciu, atomii de impuritate înlocuiesc atomii semiconductorului în locurile rețelei cristaline. Pentru a forma patru legături covalente, lipsește un electron de valență al atomilor de impuritate (Figura 1.14, a).
Este necesară o energie externă suficient de mică, astfel încât electronii din nivelele superioare ale benzii de valență să se deplaseze la nivelul impurității, formând legăturile covalente care lipsesc (fig.1.14, b).
În acest caz, nivelurile excesive (găuri) apar în banda de valență, care participă la crearea unui curent electric. Datorită ionizării atomilor din materialul inițial, unii electroni din banda de valență se încadrează în banda de conducție. Numărul de găuri din semiconductorul acceptor depășește numărul de electroni:
unde Na este concentrația de atomi ai impurității acceptoare.
Prin urmare, găurile pp sunt purtătorii principali, iar electronii np nu sunt de bază. Semiconductori cu impurități acceptoare se numesc gauri de tip p sau semiconductori.